Termodinamica

Termodinámica

Tema 4: Máquinas Térmicas

Objetivos específicos: 4.14 al 4.25 cont

Ejemplo 4.9 Ciclo Rankine
Se suministra vapor a 300 psias y 700ºF a la turbina de una planta de fuerza que opera bajo el ciclo Rankine. La turbina expande el vapor hasta 10 psias. Determinar la calidad del vapor exhausto, el trabajo de la turbina, la cantidad de calor suministrado y la eficiencia térmicadel ciclo.

Solución ejemplo 4.9
Estado 1:Líquido Saturado P1 = P4 = 10 psias. T1 = T sat @ P1. = 193.16°F h1 = hf = 161.25 BTU/lb s1 = sf = 0.28362 BTU/lb°R Estado 2: Líquido Subenfriado P2 = P2a = P3 =300psias. h f = 162.14 BTU/lb h2 = s1 = 0.28362 BTU/lb°R s2 =

Datos calculados como en el ejemplo Anterior, por medio de la bomba.

Solución ejemplo 4.9, cont.
Estado 2a: Líquido SaturadoP2a = 300 psias. T2a = T sat @ P2a. = 417.35°F hf= h2a = 393.94 BTU/lb s f.= s2a = 0.58818 BTU/lb°R

Solución ejemplo 4.9, cont.
Estado 3: Vapor Sobrecalentado P3 = 300 Psias Tsat @P3 = 417.35°F T3 = 700°F h3 = 1368.6 BTU/lb s3 = 1.6755 BTU/lb°R Estado 4: Mezcla Líquido -Vapor 10 psias P4 = T4 = Tsat @ P4. = 193.16 °F h4 = ¿? s4 = s3 = 1.6755 BTU/lb°R sf = sg = hf = hg = 0.28362 BTU/lb°R1.7875 BTU/lb°R 161.25 BTU/lb 1143.1 BTU/lb

==> X = 0.9255

==> h4 = 1,069.95 BTU/lb

Solución ejemplo 4.9, cont.
Trabajo en la Turbina: Partiendo de Primera Ley: q - w = h -w = h = h4 h3 = 1069.95 Vs 1368.6 240.66 BTU/lb del ejemplo anterior

w = 298.65 BTU/lb

Entre más sobrecalentado esté el vapor, produce más trabajo.

Solución ejemplo 4.9, cont.
Calor en la Caldera : Partiendo dePrimera Ley: q - w = h q = h= h3 - h2 = 1368.6 - 162.14 vs q = 1,041.16 BTU/lb del ejemplo anterior

q = 1,206.46 BTU/lb

A mayor sobrecalentamiento, mayor calor requerido en la Caldera.

Solución ejemplo 4.9, cont.
La eficiencia de Rankine:
Rankine =

wneto qsum

w34 w12 q23

Rankine

= 298.65 - 0.8905 1206.46 = 0.2468 = 24.68% vs = 23.03% del ejemplo anterior
RankineRankine Rankine

Solución ejemplo 4.9, cont.
A mayor sobrecalentamiento, por lo general aumenta la eficiencia del Ciclo Se tendrá que verificar, hasta que punto esto es costeable. La eficiencia de Carnot:
Carnot

= 1 - Tf/Tc = 1 - T4/T3

Carnot
Carnot

= 1 - (193.16°F + 460 ) / (700°F + 460) = 0.4369
Carnot

= 43.69 %

Problema 4.10
La turbina de una planta de generación eléctrica queusa el vapor de agua y que opera en un ciclo Rankie simple ideal produce 500 kW de potencia cuando la caldera se opera a 500 psia, el condensador a 6 psia y la temperatura a la entrada de la turbina es de 1200 oF. Determine la tasa de suministro de calor a la caldera, la tasa de rechazo de calor en el condensador y la eficiencia térmica del ciclo

Diagrama

Diagrama

DiagramaProblema 4.11
Un ciclo Rankine simple ideal con agua como fluido de trabajo opera entre límites de presión de 3 Mpa en la caldera y 30 kPa en el condensador . Si la calidad a la salida de la turbina no puede ser menor de 85 %, ¿Cuál es la eficiencia térmica del ciclo?

Problema 11

Expansión isoentropica

Problema 4.11

Problema 4.11

Problema 4.12
Un ciclo Rankine simple ideal con aguacomo fluido de trabajo opera entre límites de presión de 3 Mpa en la caldera y 30 kPa en el condensador y temperatura a la entrada de la turbina de 700oC. La caldera esta diseñada para dar un flujo de vapor de 50 kg/s. Determine la potencia que produce la turbina y que consume la bomba

Problema 4.12

Problema 4.12

PBL 3
Contenidos Objetivos de aprendizaje Modulo 4. Segunda Ley de laTermodinámica y Entropía. Ciclo Rankine, descripción de procesos. Describir los procesos que constituyen una planta de vapor operando en un ciclo Rankine.

Etapa 1. Definición del problema a) Reúnase con su equipo del proyecto b) Lea el problema hasta tener una idea clara del problema c) Clarifique los conceptos que considere desconocidos Instrucciones d) Realicen en equipo una lluvia de ideas...